光励起超音波による高機能診断のための造影剤評価プラットフォームの構築

• 研究課題/領域番号: 18H01449
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21030:計測工学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 中村 健太郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20242315)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円); 2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 超音波 / 光超音波 / レーザ / 半導体レーザ / 造影剤 / イメージング / 変調光 / パルス光 / 光音響 / 診断装置 / 強度変調

研究成果の概要

パルス光照射による血液や生体組織の光音響効果によって発生する超音波を圧電素子で受信し画像化する光音響イメージング技術において造影剤の開発が進んでいる。本研究は、この造影剤の感度評価を行う装置の開発を初期目標に開始され、光源に入手が容易な半導体レーザを用いることを特徴としている。変調光による気柱共鳴方式およびパルス光と内径1 mm以下のガラス細管による評価装置を試作した。この開発過程でガラス細管内の音響共振を有効に使うための光パルス幅が存在することを明らかにした。また、光音響信号は音響モード固有の指向特性を有することがわかった。さらに、シリコンチューブを用いた場合の光音響信号の特徴を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光音響イメージングは新しい医用画像モダリティとして注目されており、専用造影剤の開発も進められている。個々の画像化装置の特性に依存しない造影剤感度の定量的な評価方法は専用造影剤の開発に有用であると考えられる。また、入手容易なさまざまな光波長の半導体レーザ群から光源を選べることも実用的価値がある。また、この評価装置の開発過程で明らかになった細管の幾何学寸法と発生する光音響信号の中心周波数や指向特性などの関係とその物理的機序の解明には学術的意義がある。さらに細いシリコンチューブでの実験で明らかになった光音響信号の特徴はイメージング装置の開発の上でも有用な情報であると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Directivity of photoacoustically generated ultrasound from a thin tube embedded in the soft phantom (2023)
  • 著者名/発表者名: Wang Kun, Wada Yuji, Nakamura Kentaro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 号: SJ ページ: SJ1020-SJ1020
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acb7fd
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deformation measurement of liquid-filled elastic tube embedded in soft material using optimal pulse width method under photoacoustic excitation (2022)
  • 著者名/発表者名: Qu Shili、Nakamura Kentaro
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 19 号: 3 ページ: 20210542-20210542
  • DOI: 10.1587/elex.19.20210542
  • NAID: 130008159117
  • ISSN: 1349-2543
  • 年月日: 2022-02-10
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selection of laser pulse width for efficient generation of photoacoustic signals in liquid-filled thin capillary embedded in soft material (2021)
  • 著者名/発表者名: Qu Shili、Nakamura Kentaro
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 号: 6 ページ: 065103-065103
  • DOI: 10.1063/5.0048503
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characteristics of megahertz resonant platform for evaluating sensitivity of photoacoustic contrast agent (2021)
  • 著者名/発表者名: Qu Shili、Nakamura Kentaro
  • 雑誌名: Engineering Research Express 巻: 3 号: 4 ページ: 045057-045057
  • DOI: 10.1088/2631-8695/ac43c9
  • 査読あり
• [学会発表] 半導体レーザを用いた光音響測定による弾性細管の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 王焜, 和田有司, 中村健太郎
  • 学会等名: 応用物理学会第68回光波センシング技術研究会
• [学会発表] Directivity of the Photoacoustic Signal Radiated from a Liquid-Filled Thin Elastic Tube (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Kun, Yuji Wada, Kentaro Nakamura
  • 学会等名: The 43rd Symposium on UltrasSonic Electronics
• [学会発表] 液体充填弾性細管の光音響信号の放射指向性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 王焜, 和田有司, 中村健太郎
  • 学会等名: 日本音響学会2022年秋季研究発表会
• [学会発表] ガラス管に封じた造影剤試料の光音響試験 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑光, 和田有司, 中村健太郎
  • 学会等名: 日本音響学会2022年春季研究発表会
• [学会発表] Photoacoustic response of soft tube embedded in phantom (2021)
  • 著者名/発表者名: Shili Qu, Kentaro Nakamura
  • 学会等名: The 42nd Symposium on UltraSonic Electronics(USE2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Pulse duration influence on the photoacoustic temporal waveform of the liquid-filled thin glass capillary embedded in a soft object (2020)
  • 著者名/発表者名: Shili Qu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
  • 学会等名: IEEE 2020 International Ultrasonics Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Photoacoustic performance and resonance characteristics of the liquid-filled thin glass capillary embedded in a soft material (2020)
  • 著者名/発表者名: Shili Qu, Kentaro Nakamura
  • 学会等名: The 41st Symposium on Ultrasonic Electronics
• [学会発表] Photo-acoustic responses of a liquid-filled thin glass capillary embedded in a soft object (2020)
  • 著者名/発表者名: Shili Qu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
  • 学会等名: 日本音響学会2020年春季研究発表会